Transcript 并联谐振回路

任务1.2通信电子线路的元器件
1.2.1
高频电子线路中的元器件
1.2.2
LC并联振荡回路
1.2.3
谐振回路的接入方式
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教学内容
1.2.1
高频电子线路中的元器件
1.2.2
LC并联振荡回路
1.2.3
谐振回路的接入方式
教学目的
1.充分了解高频电子线路基本元件及特性
2.掌握LC选频网络的类型、特点和应用
3.掌握折合的概念在分析高频电路中的应用
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教学重点
1.LC并联选频网络
2.折合的概念
教学难点
1.LC并联选频网络的特点
2.折合的概念在分析高频电路中的应用
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1.2.1
高频电子线路中的元器件
各种高频电路基本上是由有源元器件、无源
元器件和无源网络组成的。
高频电路中使用的元器件与在低频电路中使
用的元器件基本相同，但是注意它们在高频使用
时的高频特性。高频电路中的元件主要是电阻
（器）、电容（器）和电感（器），它们都属于
无源的线性元件。
高频电路中完成信号的放大，非线性变换等
功能的有源器件主要是二极管，晶体管和集成电
路。
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1.2.1
高频电子线路中的元器件
根据元器件的参数性质 ：
线性元器件
分类
非线性元器件
时变元器件
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一．无源器件
1.电阻器
一个实际的电阻器,在低频时主要表现为电阻
特性,但在高频使用时不仅表现有电阻特性,而且
还表现有电抗特性。电阻器的电抗特性反映的就
是其高频特性。
一个电阻R的高频等效电路如图所示,其中,CR
为分布电容, LR为引线电感,R为等效电阻
CR
LR
R
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2．电容器
由介质隔开的两导体构成电容器。一个理想
电容器的容抗为1/(jωC),电容器的容抗与频率
的关系如图2.2（b）虚线所示。
一个实际电容C的高频等效电路如图2.2(a)所
示,其中Rc为损耗电阻，Lc为引线电感。容抗与
频率的关系如图2.2（a）实线所示。
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X
CR
LC
RC
f
O
(a)
(b)
(a)电容器的等效电路 （b）电容器的阻抗特性
图2.2电容器的高频等效电路
在分析一般米波以下频段的谐振回路时，常常只考
虑电容和损耗。
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3．电感
理想电感器L的感抗为jωL,其中ω为工作角频率。
实际电感线圈在高频频段除表现出电感Ｌ 的
特性外，还具有一定的损耗电阻ｒ和分布电容。
在分析一般长、中、短波频段电路时，通常忽略
分布电容的影响。因而，电感线圈的等效电路可
以表示为电感Ｌ 和电阻ｒ串联。
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电感器有自身谐振频率SRF。在SRF上,高频
电感阻抗的幅值最大，表现为电阻性质，相角为
零, 实际高频电感器特性如图2.3所示。
SR F
阻 抗 与 相 角
相角
阻抗
0
频率 f
图2.3实际高频电感器的自身谐振频率SRF
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二．有源器件
1． 二极管
半导体二极管在高频中主要用于检波、调制、解调及混频等
非线性变换电路中，工作在低电平。主要用点接触式二极管和表
面势垒二极管（又称肖特基二极管）。常用的点接触式二极管
（如２ＡＰ系列），工作频率可到１００～２００ＭＨｚ，而表
面势垒二极管，工作频率可高至微波范围。
另一种在高频中应用很广的二极管是变容二极管，其特点是
电容随偏置电压变化。将它用于振荡回路中，可以做成电调谐器，
也可以构成自动调谐电路等。变容管若用于振荡器中，可以通过
改变电压来改变振荡信号的频率，称为压控振荡器（ＶＣＯ）。
电调谐器和压控振荡器也广泛用于电视接收机的高频头中。
还有一种以Ｐ型，Ｎ型和本征（Ｉ）型三种半导体构成的Ｐ
ＩＮ二极管，它具有较强的正向电荷储存能力。它的高频等效电
阻受正向直流电流的控制，是一种可调电阻。它在高频及微波电
路中可以用做电可控开关、限幅器、电调衰减器或电调移相器。
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2 .晶体管与场效应管（FET）
高频晶体管有两大类型：一类是做小信号放大的高频
小功率管，对它们的主要要求是高增益和低噪声；另一类
为高频功率放大管，除了增益外，要求其在高频有较大的
输出功率。
目前双极型小信号放大管，工作频率可达几ＧＨｚ，
噪声系数为几分贝。小信号的场效应管也能工作在同样高
的频率，且噪声更低。一种称为砷化镓的场效应管，其工
作频率可达十几ＧＨｚ以上。
在高频大功率晶体管方面，在几百兆赫兹以下频率，
双极型晶体管的输出功率可达十几瓦至上百瓦。而金属氧
化物场效应管（ＭＯＳＦＥＴ），甚至在几ＧＨｚ的频率
上还能输出几瓦功率。
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3 .集成电路
用于高频的集成电路主要分为通用型和专
用型两种。
通用型的宽带集成放大器，工作频率可达一、
二百兆赫兹，增益可达五六十分贝，甚至更高。
用于高频的晶体管模拟乘法器，工作频率也可达
一百兆赫兹以上。
高频专用集成电路（ＡＳＩＣ）主要包括集
成锁相环、集成调频信号解调器、单片集成接收
机以及电视机中的专用集成电路等。
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§ 1.2.2
LC并联振荡回路
振荡回路是由电感和电容组成。只有一个回路的振
荡回路称为简单振荡回路或单振荡回路。简单振荡回路的
阻抗在某一特定频率上具有最小或最大值的特性称为谐振特性，这
个特定频率称为谐振频率。简单振荡回路具有谐振特性和频率选择
作用。这是它在高频电子线路中得到广泛应用的重要原因。
应用：高频小信号谐振放大器、高频谐振功率放大器、
LC正弦波振荡器及各种滤波器件等。
串联谐振回路
分类
并联谐振回路
并联谐振回路由于阻抗较大，且有阻抗变换功能，
在电路中除用作选频和滤波网络外，常直接作为放大器
的负载使用。
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§ 1.2.2
LC并联振荡回路
+Vcc
Tr2
Rb1
1
C
L 2
Tr1
5
ZL
U·o
3
V
·
4
L
Ui
1
C
Cb Rb2
Re
(a)
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Ce
U·i
2
V
3
(b)
4
5
ZL
U·o
并联谐振回路即其等效电路如图(a)（b）所示。
（ａ）并联谐振回路
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（b）等效电路
1.定义
指信号源、电感、电容三者相并联组成的电路。
2.回路的导纳、等效阻抗
并联回路：回路的等效导纳：
1 

Y  G0  j   C 


L


（2-1）
则阻抗为：
Z 
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1
1 

G0  j   C 

L 

（2-2）
其中G0=Cr/L=1/Ro, G0称谐振电导，Ro称谐
振电阻。
根据（2-2）公式可画出并联谐振回路的等
效电路，如图2.4（b）所示。
3. 谐振频率
1
0 
LC
（2-3）
f0 
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1
2
LC
4. 回路的阻抗特性
Z 
1

Y
R0
 f
f 
2
1  Q 
 0 
f 
 f0
2
（2-4）
当谐振即f=f0 时，回路阻抗最大且为纯电
阻；失谐时阻抗变小。当f<f0时，φ>0,回路呈
感性；当f>f0时，φ<0, 回路呈容性。图2.5为
并联谐振回路的阻抗的幅频特性曲线和阻抗的相
频特性曲线。
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│zρ│/RO
.
Is
.
RO
L UO
Q1
1
√2
0
(b)
ωO
fbw
(a) 阻抗频率响应
Q1
感性
Q2
(c)
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π
2
Q1 >Q2
IL
.
.
C
IR
1
.
IC
φz
0
ωO
Q1 >Q2
容性
Q2
- π2
ω
(d)
(b) 相频响应
ω
5.谐振电阻
并联回路：回路处于谐振状态时，回路导纳
最小，阻抗最大，回路呈现为纯电阻。则称回路
谐振时的电阻R0为并联谐振回路的谐振电阻。
6.并联谐振回路的谐振时电压
若在并联振荡回路两端加一频率变化的恒流
源信号,则发生并联谐振时因回路阻抗最大, 因
此并联谐振回路的谐振时电压最大,称为谐振电
压,其值为:
U 0  I s R0
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（2-5）
7.回路的品质因数
Q
R0
L

R0
0L
 R 0 0 C 
1
 0 LG 0

 0C
G0
C
品质因数Q：并联回路谐振时的感抗或容抗与线圈中串
联的损耗电阻之比。woL/r=1/woCr。它包含了三个元件参
数（L，C，r或L，C，R0），反映了三个参数对回路特性的
影响，是描述回路特性的综合参数。
Q越大，则LC并联谐振回路的幅频特性曲线越尖锐，选
频作用越好。
８．通频带
f bw 
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f0
Q
§ 1.2.3谐振回路的接入方式
负载或信号源不直接接入回路两端，而是通过变压
器或电容分压与回路一部分相接，称为“部分接入”方
式。
采用部分接入方式，可以通过改变线圈匝数、抽头
位置或电容分压比来实现回路与信号源的阻抗匹配或进
行阻抗变换。在这种部分接入方式电路中，有一个非常
重要的参数——接入系数p，它是回路与外电路之间的
调节因子。定义为接入部分的相应阻抗与振荡回路中相
应总阻抗之比 ．
0 ＜ p≤1
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一． 常见抽头振荡回路(LC并联回路)
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二. 阻抗的电感抽头接入
阻抗的电感抽头接入回路的电路及其等效电路有
以下形式：
1.电感抽头接入回路L1与L2间无互感
（a）电路
（b）等效电路
2、3 折合----1、3
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电感抽头接入回路L1与L2间无互感的电路及其
等效电路如图所示,其接入系数p可以直接用阻抗比
值求出：
p=ωL2/ω(L1+ L2）=L2/（L1+ L2）
（2-7）
2.电感抽头接入回路L1与L2间有互感M
电感抽头接入回路L1与L2间有互感M的电路,其
接入系数p可以用阻抗比值求出：
p =ω( L2+M)/ω(L1+ L2+2M)= ( L2+M) /(L1+ L2+2M）
（2-8）
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3.电感抽头接入回路L1与L2间完全耦合
电感抽头接入回路L1与L2间完全耦合组成自耦
变压器，其电路及等效电路如图2.8所示,其接入系
数p为：
p =(L2+M)/(L1+ L2+2M）=N2/N1 （2-9）
（a）电路
（b）等效电路
RL／= RL /P2 在一般情况下，我们都可近似认为两
线圈是完全耦合的。
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三．阻抗的电容抽头接入
电容抽头接入回路的电路如图2.9所示：
图2.8电容抽头接入回路
其接入系数p为：
p
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C1
C1  C 2
（2-10）
四．抽头并联振荡回路参数的折合
如图2.7电感抽头接入回路L1与L2间完全耦
合的自耦变压器电路为例P=N2/N1
1.电阻的转换
RL＇＝RL／p2
gL＇＝ gL p2
（2-11）
若负载阻抗为ZL，转换后ZL＇则 有：
ZL＇＝ ZL／p2
YL＇＝ YL p2
（2-12）
2.电容的转换
Ｃ＇＝p2Ｃ
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（2-13）
3.电源的转换
(1)电压源的转换
US＇＝US／p
（2-14）
（2）电流源的转换
IS＇＝pIS
（2-15）
需要注意，对信号源进行折合时
的接入系数为ｐ，而不是ｐ2
例题分析：
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本讲小结
1．电子线路中的元器件
2．LC并联选频网络
3. 折合的概念
4. 三极管Y参数等效电路
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本讲作业
1. LC回路并联谐振的特点是什么？
2.已知LC并联谐振回路的电感 L=1μH,Qｏ=100。求谐振频
率fｏ=30MHz时回路C和并联谐振电阻Rp。
3.画出在高频小信号时三极管 Y参数等效电路。
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